گیاهان برای زنده ماندن در زمستان خود را بازسازی می‌کنند، جهان در حال تغییر است و آب‌وهوا نیز به‌طور مداوم دگرگون می‌شود. کاهش ناگهانی دما، یخبندان‌های غیرمنتظره و تغییر الگوهای آب‌وهوایی، اکوسیستم‌های مختلف را با چالش‌های جدی روبه‌رو می‌کنند. در میان تمام موجودات زنده، گیاهان بیش از دیگران تحت تأثیر این تغییرات قرار می‌گیرند. برخلاف حیوانات، گیاهان قادر به مهاجرت، یافتن پناهگاه یا تولید گرما برای حفظ بقای خود در برابر سرما نیستند. در عوض، آن‌ها برای زنده ماندن به سازوکارهای درونی و سازگاری‌های خاص تکیه می‌کنند.
تحقیق در مورد چگونگی سازگاری گیاهان با سرما
در این راستا، واروارا دیکایا از دانشگاه اومئو سوئد، در پژوهش دکترای خود این چالش را بررسی کرد. او پروتئینی را مطالعه کرد که در سازگاری گیاهان با دماهای پایین نقش اساسی ایفا می‌کند. یافته‌های این تحقیق نشان می‌دهند که این پروتئین در مسیرهای سیگنال‌دهی متعددی شرکت می‌کند و به گیاهان کمک می‌کند تا شرایط سخت را تحمل کنند.
استراتژی‌های گیاهان برای مقابله با سرما
از آنجا که گیاهان نمی‌توانند مانند حیوانات به مناطق گرم‌تر مهاجرت کنند یا پناهگاهی بیابند، بقای آن‌ها وابسته به سازوکارهای داخلی است که به تغییرات دمایی واکنش نشان می‌دهند.
تحقیقات پیشین عمدتاً بر روی مولکول‌هایی مانند اسیدهای آمینه و قندها متمرکز بوده‌اند که به گیاهان کمک می‌کنند از یخ‌زدگی جلوگیری کنند. دانشمندان همچنین مکانیسم‌های اصلی واکنش گیاهان به تغییرات دمایی را مطالعه کرده‌اند، اما برخی از اجزای کلیدی این فرآیند همچنان ناشناخته مانده‌اند.
تحقیقات دیکایا یک بخش گمشده از این پازل را آشکار کرده است: فرآیند برش و ویرایش RNA. این فرآیند تعیین می‌کند که چه پروتئین‌هایی در سلول‌های گیاهی تولید شوند و این امر تأثیر مستقیمی بر نحوه واکنش گیاهان به سرما دارد.
فرآیند برش و ویرایش RNA – مفاهیم اولیه
فرآیند برش و ویرایش RNA (RNA Splicing) مانند یک مرحله ویرایش ژنتیکی عمل می‌کند تا سلول‌های بدن دستورالعمل‌های درستی برای ساخت پروتئین‌ها دریافت کنند، هنگامی که یک ژن کپی‌برداری شده و به RNA تبدیل می‌شود، حاوی بخش‌هایی اضافی به نام اینترون‌ها است که فاقد اطلاعات مفید هستند. پیش از آنکه RNA بتواند نقش خود را ایفا کند، سلول این اینترون‌ها را حذف کرده و قسمت‌های باقی‌مانده، اگزون‌ها، را به هم متصل می‌کند.
این فرآیند، یک نسخه اولیه RNA را به RNA پیام‌رسان (mRNA) تبدیل می‌کند که سلول‌ها می‌توانند از آن برای تولید پروتئین‌ها استفاده کنند.
گاهی اوقات، سلول‌ها RNA را به روش‌های مختلفی برش می‌دهند و با ترکیب‌های مختلفی از اگزون‌ها، پروتئین‌های گوناگونی را از یک ژن واحد تولید می‌کنند. این پدیده که برش جایگزین (Alternative Splicing) نام دارد، توضیح می‌دهد که چگونه تعداد نسبتاً کمی از ژن‌ها می‌توانند طیف گسترده‌ای از پروتئین‌ها را بسازند. اما اگر این فرآیند به درستی انجام نشود، ممکن است منجر به بیماری‌هایی مانند سرطان و اختلالات ژنتیکی شود.
نقش فرآیند برش و ویرایش RNA در گیاهان
دیکایا توضیح می‌دهد: “فرآیند برش و ویرایش RNA مانند یک مرکز کنترلی برای انتقال اطلاعات از DNA به RNA عمل می‌کند و تعیین می‌کند که کدام پروتئین‌ها از یک ژن خاص سنتز شوند.”
تحقیقات او بر روی پروتئینی به نام PORCUPINE متمرکز بود که نقش مهمی در این فرآیند دارد. این پروتئین زمانی کشف شد که دانشمندان مشاهده کردند گیاهانی که در این ژن جهش داشتند، نسبت به سرما حساسیت غیرمعمولی نشان می‌دادند. شکل ظاهری شاخه‌های این گیاهان جهش‌یافته که حالتی سوزنی داشت، الهام‌بخش نام‌گذاری این ژن شد.
تأثیر کاهش دما بر گیاهان
تیم تحقیقاتی دیکایا بیان می‌کند: “گیاهان دارای جهش در ژن PORCUPINE در دماهای معمولی به نظر طبیعی رشد می‌کنند، اما حتی در کاهش‌های جزئی دما نیز قادر به رشد مناسب نیستند.”
آن‌ها مشاهده کردند که در دمای ۱۶ درجه سانتی‌گراد، گیاهان جهش‌یافته ریشه‌های کوتاه‌تری با تراکم بالای ریشه‌های مویی و برگ‌های کوچکتری نسبت به گیاهان عادی دارند.
مطالعات نشان داد که دماهای پایین موجب افزایش مقدار RNA مرتبط با PORCUPINE در سلول‌های گیاه می‌شود. این امر نشان می‌دهد که گیاه در واکنش به استرس ناشی از سرما، این پروتئین را بیشتر تولید می‌کند.
اما PORCUPINE فقط یک پاسخ‌دهنده منفعل به سرما نیست. این پروتئین به‌طور فعال در یک مجموعه مولکولی به نام اسپلایسوزوم (Spliceosome) نقش دارد. اسپلایسوزوم مجموعه‌ای از پروتئین‌ها است که فرآیند برش و ویرایش RNA را کنترل می‌کند. بدون این فرآیند، گیاهان قادر به تولید پروتئین‌های ضروری برای زنده ماندن نخواهند بود.
شبکه‌ای از واکنش‌های گیاهی به سرما
دیکایا و همکارانش چندین ژن را شناسایی کردند که توسط PORCUPINE کنترل می‌شوند و همگی در واکنش‌های گیاه به تغییرات دمایی نقش دارند. این تحقیقات نشان می‌دهد که فرآیند تطبیق گیاهان با سرما چقدر پیچیده است و شامل مسیرهای ژنتیکی متعددی می‌شود.
دیکایا می‌گوید: “یافته‌های ما پیچیدگی واکنش گیاهان به سرما را نشان می‌دهد. شناخت این مکانیسم‌های بنیادی برای ایجاد گیاهانی مقاوم‌تر در برابر چالش‌های محیطی آینده ضروری است.”
آینده‌ی گیاهان مقاوم به سرما
با ادامه تغییرات اقلیمی، نیاز به گیاهان مقاوم به دماهای متغیر بیش از پیش احساس می‌شود، اگر محققان بتوانند از یافته‌های مطالعاتی مانند پژوهش دیکایا استفاده کنند، ممکن است گونه‌هایی از گیاهان را توسعه دهند که با تغییرات دمایی سازگارتر باشند.
اگرچه هنوز راه زیادی برای کشف تمامی جزئیات این مکانیسم‌ها باقی مانده است، اما این تحقیق یک گام مهم به‌سوی درک بهتر چگونگی بقای گیاهان در شرایط سخت محسوب می‌شود. در سال‌های آینده، این نوع کشفیات میتواند کشاورزی را متحول کرده و به امنیت غذایی در دنیای در حال تغییر کمک کند.
اگر از این مطلب لذت بردید، می‌توانید در خبرنامه‌ی ما عضو شوید تا مقالات جذاب، محتوای اختصاصی و جدیدترین به‌روزرسانی‌ها را دریافت کنید.
لینک منبع: https://www.earth.com/news/how-plants-rewire-themselves-to-battle-the-cold/
نظرات کاربران